STM32F103串口通信的配置与实现
STM32F103系列
STM32微控制器提供了灵活的串行通信接口，适用于多种通信需求。本文将介绍如何使用STM32的标准固件库来配置并实现串口通信。
文章目录
STM32F103系列前言一、步骤1.1 步骤一：串口初始化1.2 步骤二：数据发送与格式化打印1.3 步骤三：接收数据处理1.4 步骤四：中断处理
二、代码总结
前言
STM32微控制器提供了灵活的串行通信接口，适用于多种通信需求。本文将介绍如何使用STM32的标准固件库来配置并实现串口通信。
一、步骤
1.1 步骤一：串口初始化
串口的初始化是串口通信的基础。以下是串口2的初始化函数Usart2_Init，它设置了串口的基本参数，如波特率、工作模式等。
void Usart2_Init(unsigned int baud) {
// 定义GPIO初始化结构体，用于配置GPIO
GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
// 定义USART初始化结构体，用于配置USART
USART_InitTypeDef usart_initstruct;
// 定义NVIC（嵌套向量中断控制器）初始化结构体，用于配置中断
NVIC_InitTypeDef nvic_initstruct;
// 启用GPIOA的时钟，GPIOA位于APB2总线上
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 启用USART2的时钟，USART2位于APB1总线上
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
// 设置GPIOA的第2脚（PA2）为串口2的发送引脚（TXD）
gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 设置为复用推挽输出模式
gpio_initstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; // 指定为第2脚
gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct); // 应用设置
// 设置GPIOA的第3脚（PA3）为串口2的接收引脚（RXD）
gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 设置为浮空输入模式
gpio_initstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; // 指定为第3脚
gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 速度同样设置为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct); // 应用设置
// 配置USART2
usart_initstruct.USART_BaudRate = baud; // 设置波特率
usart_initstruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控
usart_initstruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 同时启用接收和发送
usart_initstruct.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位
usart_initstruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位
usart_initstruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 数据位数为8位
USART_Init(USART2, &usart_initstruct); // 应用USART设置
// 使能USART2
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
// 使能USART2接收中断
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE); // USART_IT_RXNE中断在接收到数据时触发
// 配置USART2中断
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; // 指定中断通道为USART2
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 启用该中断通道
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 设置抢占优先级
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 设置子优先级
NVIC_Init(&nvic_initstruct); // 应用NVIC设置
}
在这个函数中，我们首先设置GPIO引脚模式，配置PA2为发送引脚（TXD），PA3为接收引脚（RXD）。然后，我们设置串口参数，如波特率、工作模式等。最后，使能串口2，并配置接收中断。
1.2 步骤二：数据发送与格式化打印
数据发送是串口通信的关键操作。我们提供了两个函数：UsartPrintf用于格式化输出，Usart_SendString用于发送字符串。
void UsartPrintf(USART_TypeDef *USARTx, char *fmt,...)
{
unsigned char UsartPrintfBuf[296]; // 创建一个字符数组，用于存储格式化后的字符串
va_list ap; // 定义一个va_list类型的变量，用于访问不定长参数
unsigned char *pStr = UsartPrintfBuf; // 指针pStr指向格式化字符串的开头
va_start(ap, fmt); // 初始化ap，使其指向第一个不定长参数
vsnprintf((char *)UsartPrintfBuf, sizeof(UsartPrintfBuf), fmt, ap); // 将格式化的数据写入UsartPrintfBuf
va_end(ap); // 结束访问不定长参数列表
while(*pStr != 0) // 遍历格式化后的字符串，直到遇到字符串结束符
{
USART_SendData(USARTx, *pStr++); // 发送当前字符，然后指针递增
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET); // 等待当前字符发送完成
}
}
void Usart_SendString(USART_TypeDef *USARTx, unsigned char *str, unsigned short len)
{
unsigned short count = 0; // 初始化计数器
for(; count < len; count++) // 遍历要发送的数据长度
{
USART_SendData(USARTx, *str++); // 发送数据：发送str指向的字符，然后指针递增
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET); // 等待发送完成，检查发送完成标志位
}
}
UsartPrintf函数利用可变参数列表来实现类似C标准库中的printf功能，而Usart_SendString则简单地发送一个字符串。
1.3 步骤三：接收数据处理
数据的接收同样重要。我们使用LORA_WaitRecive函数来处理接收到的数据，并通过检查接收计数器lora_cnt来确定数据是否完整接收。
_Bool LORA_WaitRecive(void)
{
if(lora_cnt == 0) // 检查接收计数器（lora_cnt）是否为0，如果为0，表示目前没有数据正在接收
return REV_WAIT; // 返回REV_WAIT（代表等待接收状态），表示当前没有数据接收
if(lora_cnt == lora_cntPre) // 检查当前接收计数器（lora_cnt）是否与上次检查时的值（lora_cntPre）相同
{
lora_cnt = 0; // 如果相同，将接收计数器重置为0，表示数据接收已完成
return REV_OK; // 返回REV_OK（代表接收完成状态），表示数据接收已完成
}
lora_cntPre = lora_cnt; // 如果lora_cnt与lora_cntPre不同，更新lora_cntPre的值为当前lora_cnt的值
return REV_WAIT; // 返回REV_WAIT，表示数据仍在接收中，接收尚未完成
}
此函数用于检测数据是否接收完成。如果接收计数器lora_cnt与上一次检测的值lora_cntPre相同，则认为数据接收完成。
1.4 步骤四：中断处理
最后，我们需要处理串口中断，以接收到来的数据。这是通过USART2_IRQHandler函数实现的
void USART2_IRQHandler(void)
{
// 检查USART2的接收中断状态（USART_IT_RXNE）是否被触发
if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断
{
// 如果接收缓冲区的计数器（lora_cnt）超过了缓冲区大小，重置计数器，防止缓冲区溢出
if(lora_cnt >= sizeof(lora_buf)) lora_cnt = 0; //防止串口被刷爆
// 从USART2的数据寄存器（DR）中读取一个字节的数据，并将其存储到接收缓冲区（lora_buf）中
// 同时，增加接收缓冲区的计数器（lora_cnt）
lora_buf[lora_cnt++] = USART2->DR;
// 清除USART2的接收中断标志（USART_FLAG_RXNE），以便能够接收下一个字节的数据
USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_RXNE);
}
}
在这个中断处理函数中，我们读取接收到的数据，并将其存储在接收缓冲区lora_buf中。
二、代码
代码如下（示例）：
/*
************************************************************
* 函数名称： Usart2_Init
*
* 函数功能： 串口2初始化
*
* 入口参数： baud：设定的波特率
*
* 返回参数： 无
*
* 说明： TX-PA2 RX-PA3
************************************************************
*/
void Usart2_Init(unsigned int baud)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
USART_InitTypeDef usart_initstruct;
NVIC_InitTypeDef nvic_initstruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
//PA2 TXD
gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
gpio_initstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);
//PA3 RXD
gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
gpio_initstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);
usart_initstruct.USART_BaudRate = baud;
usart_initstruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件流控
usart_initstruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //接收和发送
usart_initstruct.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验
usart_initstruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1位停止位
usart_initstruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8位数据位
USART_Init(USART2, &usart_initstruct);
USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE); //使能接收中断
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
nvic_initstruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_Init(&nvic_initstruct);
}
/*
************************************************************
* 函数名称： UsartPrintf与Usart_SendString选其一
*
* 函数功能： 格式化打印
*
* 入口参数： USARTx：串口组
* fmt：不定长参
*
* 返回参数： 无
*
* 说明：
************************************************************
*/
void UsartPrintf(USART_TypeDef *USARTx, char *fmt,...)
{
unsigned char UsartPrintfBuf[296];
va_list ap;
unsigned char *pStr = UsartPrintfBuf;
va_start(ap, fmt);
vsnprintf((char *)UsartPrintfBuf, sizeof(UsartPrintfBuf), fmt, ap); //格式化
va_end(ap);
while(*pStr != 0)
{
USART_SendData(USARTx, *pStr++);
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET);
}
}
/*
************************************************************
* 函数名称： Usart_SendString与UsartPrintf选其一
*
* 函数功能： 串口数据发送
*
* 入口参数： USARTx：串口组
* str：要发送的数据
* len：数据长度
*
* 返回参数： 无
*
* 说明：
************************************************************
*/
void Usart_SendString(USART_TypeDef *USARTx, unsigned char *str, unsigned short len)
{
unsigned short count = 0;
for(; count < len; count++)
{
USART_SendData(USARTx, *str++); //发送数据
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET); //等待发送完成
}
}
调用代码如下（示例）：
unsigned char lora_buf[ESP_RX_MAX];
unsigned short lora_cnt = 0, lora_cntPre = 0;
#define REV_OK 0 //接收完成标志
#define REV_WAIT 1 //接收未完成标志
#define ESP_RX_MAX 2048//接收最大缓存
//==========================================================
// 函数名称： LORA_Clear
//
// 函数功能： 清空缓存
//
// 入口参数： 无
//
// 返回参数： 无
//
// 说明：
//==========================================================
void LORA_Clear(void)
{
memset(lora_buf, 0, sizeof(lora_buf));
lora_cnt = 0;
}
//==========================================================
// 函数名称： LORA_WaitRecive
//
// 函数功能： 等待接收完成
//
// 入口参数： 无
//
// 返回参数： REV_OK-接收完成 REV_WAIT-接收超时未完成
//
// 说明： 循环调用检测是否接收完成
//==========================================================
_Bool LORA_WaitRecive(void)
{
if(lora_cnt == 0) //如果接收计数为0 则说明没有处于接收数据中，所以直接跳出，结束函数
return REV_WAIT;
if(lora_cnt == lora_cntPre) //如果上一次的值和这次相同，则说明接收完毕
{
lora_cnt = 0; //清0接收计数
return REV_OK; //返回接收完成标志
}
lora_cntPre = lora_cnt; //置为相同
return REV_WAIT; //返回接收未完成标志
}
//==========================================================
// 函数名称： LORA_SendCmd
//
// 函数功能： 发送命令
//
// 入口参数： cmd：命令
// res：需要检查的返回指令
//
// 返回参数： 0-成功 1-失败
//
// 说明：
//==========================================================
_Bool LORA_SendCmd(char *cmd, char *res)
{
unsigned char timeOut = 200;
Usart_SendString(USART2, (unsigned char *)cmd, strlen((const char *)cmd));
while(timeOut--)
{
if(LORA_WaitRecive() == REV_OK) //如果收到数据
{
if(strstr((const char *)lora_buf, res) != NULL) //如果检索到关键词
{
LORA_Clear(); //清空缓存
return 0;
}
}
delay_ms(10);
}
return 1;
}
//==========================================================
// 函数名称： LORA_SendData
//
// 函数功能： 发送数据
//
// 入口参数： data：数据
// len：长度
//
// 返回参数： 无
//
// 说明：
//==========================================================
void LORA_SendData(unsigned char *data, unsigned short len)
{
LORA_Clear(); //清空接收缓存
Usart_SendString(USART2, data, len); //发送设备连接请求数据
}
//==========================================================
// 函数名称： USART2_IRQHandler
//
// 函数功能： 串口2收发中断
//
// 入口参数： 无
//
// 返回参数： 无
//
// 说明：
//==========================================================
void USART2_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断
{
if(lora_cnt >= sizeof(lora_buf)) lora_cnt = 0; //防止串口被刷爆
lora_buf[lora_cnt++] = USART2->DR;
USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_RXNE);
}
}
总结
以上就是STM32串口通信配置和实现的基本步骤。通过这些步骤，我们可以实现STM32与外部设备的有效通信。希望这篇文章能帮助你理解STM32串口通信的配置和使用。